腱传动灵巧手指的传动分析与结构设计

发布时间：2020-06-18 06:35

【摘要】：随着航天技术的不断发展,太空活动不断增加,宇航员将面临更多危险的任务。将空间灵巧手这类多功能灵巧操作工具安装在机械臂末端可以代替或协助宇航员完成许多危险工作,因此许多国家都开始了空间灵巧手的研制工作。本文介绍了一种面向空间操作环境的腱传动灵巧手指的传动分析与结构设计。首先,分析了腱传动灵巧手的研究现状和特点。介绍了国内外腱传动灵巧手的发展历史和研究现状,总结出腱传动灵巧手的设计思路和使用腱传动所需解决的问题,包括关节解耦、路径设计、腱绳预紧固定和摩擦力控制。其次,分析了腱传动系统。进行手指整体设计,模块化手指包含4个关节和3个自由度,由3个电机通过N型腱驱动方式驱动。分析了手指运动学,求出了不同类型的外载荷产生的关节转矩和平衡关节转矩所需的腱绳内力,分析了腱绳路径对腱绳内力和电机功率的影响规律,提出了腱传动手指的设计指导思想,得到最佳的传动路径方案。再次,进行手指结构设计。手指从功能上分为手指关节、腱传动系统、驱动模块和传感器系统四部分;手指关节包含指间耦合关节和基关节两部分,耦合关节采用腱绳耦合,基关节由垂直交错的十字轴和滑轮组组成,可实现两自由度耦合运动;腱传动系统包括腱绳的选材、预紧、固定、导向和路径设计;驱动模块的独特设计允许腱绳从手指中间引入到关节端,使得手指外形对称,有利于后续的灵巧手的设计;传感器系统包括位置传感器、力矩传感器和张力传感器,位置传感器由电机内的霍尔传感器和关节端霍尔传感器组成,布置在基关节前端的力矩传感器可测量基关节的二维力矩和远端指间关节的力矩,分析了张力传感器布置的必要性和布置位置。最后,分析了手指传动关系并通过试验检验手指性能。分析了腱绳摩擦和腱绳延展对手指传动关系造成的影响,得到了手指驱动空间到关节空间的映射关系。组装一个手指进行运动试验,验证了手指结构设计的合理性,为控制系统的设计奠定基础。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V44;TP241
【图文】：

图 1-1 日本灵巧手 Okada handPL hand 是由美国斯坦福大学 Salisbury 于 1982 年研了模块化的设计思想，是现代意义上灵巧手的典型巧手由三根相同的手指组成，手指驱动形式采用“N含 3 个自由度。Stanford/JPLhand 是第一个具备完置、触觉等传感器）的灵巧手，对于灵巧手的发展他州立大学和美国麻省理工学院联合研制了 Utah/M界上第一种能实现灵巧操作的多指机械手。它具有 每个手指有 4 个关节和 3 个自由度，由气动伺服缸距离传动。

图 1-1 日本灵巧手 Okada handStanford/JPL hand 是由美国斯坦福大学 Salisbury 于 1982 年研制成功的。该灵巧手首次采用了模块化的设计思想，是现代意义上灵巧手的典型代表。如图 1-2所示，整个灵巧手由三根相同的手指组成，手指驱动形式采用“N+1 型”腱绳驱动，每根手指包含 3 个自由度。Stanford/JPLhand 是第一个具备完整传感系统（包括力/力矩、位置、触觉等传感器）的灵巧手，对于灵巧手的发展具有里程碑的意义。1985 年犹他州立大学和美国麻省理工学院联合研制了 Utah/MIT 手，如图 1-3所示，这是世界上第一种能实现灵巧操作的多指机械手。它具有 4 个完全相同的模块化手指，每个手指有 4 个关节和 3 个自由度，由气动伺服缸驱动，使用腱绳和滑轮进行远距离传动。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 薛斌;;浅谈结构设计中的刚度[J];陕西建筑;2012年10期

2 袁国盼;谢柳辉;;软管插放机械手的结构设计及其优化[J];汕头科技;2007年01期

3 卫江升;;浅谈氨蒸发器的结构设计[J];新疆化工;2001年02期

4 冯振;;试析装配式建筑结构体系设计要点及其发展趋势[J];中国住宅设施;2019年01期

5 ;中设协结构设计分会减隔震技术专家工作组在沪正式成立[J];建筑结构;2019年20期

6 付华莲;肖建红;;探讨房建结构设计中的节能环保问题[J];城市建设理论研究(电子版);2017年35期

7 黄元元;;结构设计中常见的问题与解决办法[J];建材与装饰;2018年11期

8 叶丽;;建筑物改造工程的结构设计探究[J];居舍;2018年02期

9 ;可伸展鞋面与槽块鞋底结构设计[J];中外鞋业;2018年06期

10 王毅;;浅谈“高结构设计、低结构实施”在高中地理教学中的实践与思考[J];地理教学;2017年12期

相关会议论文 前10条

1 高山棚;刘春晓;;浅析高层建筑的结构设计[A];2017年3月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2017年

2 李智;;新时期绿色建筑的结构设计研究[A];2017年3月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2017年

3 李利民;;浅议结构设计中的问题及解决对策[A];2015年8月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2015年

4 高三和;;结构设计中几个概念的理解与应用[A];工程技术发展论文集[C];2015年

5 郎杰;;浅谈房地产行业结构设计及成本控制[A];工程技术发展论文集[C];2015年

6 田旺生;杨明旺;李黎霞;;ANSYS优化方法在结构设计中的应用[A];第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（下册）[C];2009年

7 吴云缓;花炳灿;;某仿生建筑的结构设计详解[A];建筑结构（2009·增刊）——第二届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2009年

8 张永杰;尚志诚;;某酒店结构设计的几点体会[A];河南省土木建筑学会2010年学术研讨会论文集[C];2010年

9 朱宝麟;顾绍义;;无锡医疗中心结构设计[A];第四届全国建筑结构技术交流会论文集（上）[C];2013年

10 邹忠刚;冯宝锐;;位于候车楼中的轨道层结构设计[A];第四届全国建筑结构技术交流会论文集（上）[C];2013年

相关重要报纸文章 前10条

1 航空工业沈阳所 戚岩;浅谈飞机结构设计新技术[N];中国航空报;2018年

2 龚进;中美结构设计的差异[N];建筑时报;2011年

3 本报记者 刘关;SK大厦的省钱经[N];中国房地产报;2009年

4 甘立平;家具的艺术美[N];中国物资报;2000年

5 杨福馨;使用便捷的结构设计[N];中国包装报;2006年

6 北京市建筑设计研究院有限公司 袁美玲 张戈丹;BIM技术在结构设计中的应用探索[N];中国计算机报;2016年

7 高文;工业结构设计的新手段[N];计算机世界;2008年

8 谭俊;结构设计：避开误区方能创造理想空间[N];建筑时报;2007年

9 高文;工业结构设计的新手段[N];计算机世界;2008年

10 汪玲;让BIM在结构设计中“出彩”[N];建筑时报;2015年

相关博士学位论文 前10条

1 周玉石;结构设计的虚拟原型技术与应用研究[D];同济大学;2007年

2 李倩;几种新型超硬材料的结构设计[D];吉林大学;2015年

3 杨建灵;基于整体参数化定义的直升机桨叶结构设计与优化[D];南京航空航天大学;2013年

4 王建萍;基于曲面造型技术的文胸结构设计研究[D];东华大学;2007年

5 岳建如;空间可动结构设计与控制分析[D];浙江大学;2002年

6 谭春飞;深井超深井涡轮钻具复合钻井提高钻速技术研究[D];中国地质大学（北京）;2012年

7 张建;GaAs基近红外半导体激光器的设计、生长和制备研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2013年

8 崔进举;基于知识工程的集装箱船结构设计及优化[D];上海交通大学;2014年

9 袁正;客车车身结构的刚度匹配方法改进与局部精细化设计研究[D];吉林大学;2017年

10 张海军;浮选柱的自吸封闭式泡沫输配研究[D];中国矿业大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 殷传东;立体仓储智能穿梭车的运动分析及轻量化研究[D];合肥工业大学;2019年

2 陈雪松;自升塔式跨越架结构设计和力学分析[D];合肥工业大学;2019年

3 李跃;并联式3D打印机结构设计及优化研究[D];长春理工大学;2019年

4 许玉杰;基于压敏特性的三维力触觉传感器的结构设计与研究[D];河北工业大学;2017年

5 马庆庆;面向强PUF的模型攻击及抗攻击结构设计[D];南京航空航天大学;2019年

6 李柏毅;腱传动灵巧手指的传动分析与结构设计[D];哈尔滨工业大学;2019年

7 侯建贵;基于BIM技术的结构分析与设计方法研究[D];武汉理工大学;2018年

8 张林国;低压雾化喷头的结构设计及性能试验研究[D];江苏大学;2019年

9 王汉蒙;基于着装需求的女童外套造型与结构设计研究[D];武汉纺织大学;2018年

10 范小南;BESO算法灵敏度权重分析与新型结构设计探讨[D];湖南大学;2018年

本文编号：2718848